郭君梅，宋明洋，楊曉波，鄒光燦

（中國建筑國際工程公司，北京 100015）

0 引言

中建海外剛果（布）有限責(zé)任公司（CSCO CONGO）是剛果（布）國家 1 號(hào)及 2 號(hào)公路特許經(jīng)營公司 LA GONGOLAIS DES ROUTES（LCR）的養(yǎng)護(hù)及大修分包商，負(fù)責(zé)在 30 年特許經(jīng)營期內(nèi)實(shí)施國家 1 號(hào)及 2 號(hào)公路的養(yǎng)護(hù)及大修作業(yè)。目前實(shí)質(zhì)進(jìn)入運(yùn)營養(yǎng)護(hù)的為國家 1 號(hào)公路（517 km）、1 號(hào)公路乙（52 km）及部分國家 2 號(hào)公路（35 km），國家 2 號(hào)公路剩余 780 km公路將在完成建設(shè)后進(jìn)入運(yùn)營養(yǎng)護(hù)階段。為了準(zhǔn)確把握養(yǎng)護(hù)公路的彎沉變化情況，中建海外剛果（布）有限責(zé)任公司（CSCO CONGO）引進(jìn)了落錘式彎沉儀。

世界范圍內(nèi)彎沉檢測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了從靜態(tài)彎沉到模擬行車荷載下的動(dòng)態(tài)彎沉的發(fā)展。靜態(tài)彎沉使用的主要彎沉儀器就是貝克曼梁彎沉儀（簡稱“BB”），動(dòng)態(tài)彎沉使用的典型代表就是落錘式彎沉儀（簡稱“FWD”）。剛果（布）位于非洲西部，該地區(qū)長久以來都使用靜態(tài)彎沉作為路面結(jié)構(gòu)狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

BB 彎沉儀主要的缺點(diǎn)就是整個(gè)檢測(cè)過程全由人工完成，速度慢、作業(yè)強(qiáng)度大、對(duì)交通干擾大。為了提高彎沉檢測(cè)的效率同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)的彎沉檢測(cè)技術(shù)，剛果（布）國家 1 號(hào)公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目部引進(jìn)了落錘式彎沉儀（FWD）。FWD 的工作原理：重錘提升至設(shè)定高度后自由下落至橡膠緩沖器上，再通過承載板把力轉(zhuǎn)至路面，被測(cè)路面產(chǎn)生形變，與路面緊密接觸的彎沉采集該荷載下沖擊力數(shù)據(jù)。FWD 相較于 BB 的優(yōu)點(diǎn)是：①落錘系統(tǒng)更好地模擬了行車荷載對(duì)路面的作用；②彎沉檢測(cè)速度快、精度高、檢測(cè)的彎沉信息量大。

為了更好地將 FWD 檢測(cè)數(shù)據(jù)用到 1 號(hào)路養(yǎng)護(hù)當(dāng)中去，剛果（布）國家 1 號(hào)公路養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目部開展了 FWD 與 BB 的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)二者作出全面評(píng)價(jià)，并分析比較二者實(shí)測(cè)彎沉的相關(guān)關(guān)系，以便加速該地區(qū) FWD 的開發(fā)利用，更好地指導(dǎo)該地區(qū)公路設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)工作［1-5］。

1 對(duì)比試驗(yàn)介紹

1.1 落錘彎沉儀主要參數(shù)

試驗(yàn)采用 FWD-150 型車載全自動(dòng)落錘彎沉儀，采用進(jìn)口液壓鎖來控制重錘，通過軟件與硬件的相互配合，極大地縮短了檢測(cè)過程中的“不必要”重復(fù)反彈時(shí)間，加快了彎沉儀的檢測(cè)速度，設(shè)備單點(diǎn)檢測(cè)時(shí)間控制在 15 s 之內(nèi)。

荷載脈沖持續(xù)時(shí)間 25μs 左右。圓形加載板直徑30 cm。

荷載傳感器測(cè)量精度≤1 %，分辨率 0.05 kN；彎沉傳感器測(cè)量精度≤2 %，分辨率≤0.2 μm。

1.2 法標(biāo)下彎沉相關(guān)知識(shí)

剛果（布）屬于法語國家，實(shí)行的是法國標(biāo)準(zhǔn)。法國是世界上最早進(jìn)行彎沉研究的國家。為了更快更多地檢測(cè)彎沉，1956 年法國 Dordogne 省路橋工程師 MJ.Lacroix 在卡車上安裝了彎沉儀，這也是世界上第一臺(tái)公路彎沉檢測(cè)車。但是由于技術(shù)所限，其檢測(cè)效率不是很高。1961 年在法國道路總署和橋梁實(shí)驗(yàn)室的幫助下，第一臺(tái)真正意義上的公路彎沉檢測(cè)車誕生，每天可以檢測(cè)上千測(cè)點(diǎn)，這給世界公路網(wǎng)和測(cè)試方法研究帶來了一次革命。

法國標(biāo)準(zhǔn)中，彎沉相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有：法國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì) NF P98 200：1-7 系列；法國路橋試驗(yàn)中心 LCPC：Méthode D’essai N°39。法國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)彎沉相關(guān)規(guī)定如下。

法標(biāo)中，根據(jù)交通量的不同，將彎沉分成了 9 個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的交通量從而可以用來評(píng)價(jià)路面技術(shù)狀況。如圖 1 所示。

圖1 交通量-彎沉評(píng)價(jià)路況表

法國彎沉測(cè)試采用的標(biāo)準(zhǔn)荷載為 130 kN±2%（即 130 kN 的后軸重，后軸為單軸四輪），采用兩個(gè)半徑為 0.125 m 的圓盤來表示該荷載，兩個(gè)圓盤中心間隔 0.375 m，在路面表面施加大小為 0.662 MPa 的均勻壓力。計(jì)算點(diǎn)位圖如圖 2 所示。

圖2 計(jì)算點(diǎn)位

用于 BB 測(cè)試的荷載為后軸重 130 kN±2 % 的標(biāo)準(zhǔn)加載車（單后軸四輪）。標(biāo)準(zhǔn)軸載如圖 3 所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)軸載

彎沉代表值計(jì)算公式見式（1）。

式中：dc為彎沉代表值；dm為各測(cè)點(diǎn)彎沉平均值；σ為各測(cè)點(diǎn)彎沉標(biāo)準(zhǔn)差。

1.3 路段選擇

選擇 1 號(hào)路 7 段代表性路面結(jié)構(gòu)作為試驗(yàn)路段，開展兩種方法的對(duì)比試驗(yàn)。選擇的各段路段長度為 500 m，以保證彎沉值有一定的變化幅度。7 段路面結(jié)構(gòu)如表 1 所示。

表1 試驗(yàn)路段路面結(jié)構(gòu)表

1.4 試驗(yàn)步驟

①先由 BB 檢測(cè)位于車行道輪跡帶處的測(cè)點(diǎn)回彈彎沉。試驗(yàn)車開走后，以測(cè)點(diǎn)為圓心畫一個(gè)半徑為150 mm 的圓，標(biāo)記出測(cè)點(diǎn)位置。

②將落錘式彎沉儀的承載板對(duì)準(zhǔn)圓圈，位置偏差±30 mm 以內(nèi)，對(duì)測(cè)點(diǎn)開展動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)。

③對(duì)各段逐點(diǎn)計(jì)算二者相關(guān)性，得出各段回歸方程式見式（2）。

式中：LFWD、LBB分別為落錘式彎沉儀、貝克曼梁測(cè)試的實(shí)測(cè)彎沉值。相關(guān)系數(shù)R應(yīng)≥0.95。

2 動(dòng)靜彎沉對(duì)比分析

標(biāo)準(zhǔn)荷載下，F(xiàn)WD 錘擊次數(shù)設(shè)定為 1 次預(yù)擊、3 次錘擊，以評(píng)定 FWD 數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

結(jié)果表明，F(xiàn)WD 實(shí)測(cè)彎沉值的變化與路面結(jié)構(gòu)狀況存在某種關(guān)系。

①路面結(jié)構(gòu)狀況較好時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)荷載 65 kN±1 % 下實(shí)測(cè)彎沉值在 0.10～0.3x10-3m之間時(shí)，3 次重復(fù)檢測(cè)的彎沉值波動(dòng)很小，基本一致，說明此時(shí) FWD的數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

②路面結(jié)構(gòu)狀況較差時(shí)，3 次重復(fù)檢測(cè)的彎沉值中，第一次側(cè)值較大，后兩次測(cè)值基本一致。

究其原因，是由于路面結(jié)構(gòu)狀況較差時(shí)，路面局部松動(dòng)，第一錘作用下彎沉值較大。鑒于此，今后運(yùn)用 FWD 進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在路面結(jié)構(gòu)狀況較好時(shí)，可設(shè)置重復(fù)檢測(cè) 2 次，以提高檢測(cè)效率，而對(duì)于路面結(jié)構(gòu)狀況較差時(shí)，可設(shè)置重復(fù)檢測(cè) 3 次，取后兩次檢測(cè)的平均值作為測(cè)點(diǎn)彎沉值。

圖 4～圖 10 是各段在標(biāo)準(zhǔn)荷載 65 kN±1 % 下實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況。

圖4 段 1 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

圖5 段 2 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

圖6 段 3 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

圖7 段 4 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

圖8 段 5 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

圖9 段 6 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

圖10 段 7 實(shí)測(cè)彎沉沿線的變化情況

由圖可見：

①段 1、2、3 大部分測(cè)點(diǎn)在 20 mm 左右波動(dòng)，段 4、5、7 大部分測(cè)點(diǎn)彎沉在 30 mm 左右波動(dòng)，段 6 測(cè)點(diǎn)在 40 mm 左右波動(dòng)。從彎沉值的分部情況看，此次對(duì)比試驗(yàn)的路段具備一定的代表性。

②總體上，BB＞FWD，且隨著彎沉值的增大二者的偏差也在加大。段 6 實(shí)測(cè)彎沉比其他段落大，但BB 和 FWD 的差異卻不大，說明路面結(jié)構(gòu)狀況越差，荷載時(shí)效性對(duì)實(shí)測(cè)彎沉的影響越大。

3 動(dòng)靜彎沉相關(guān)分析

根據(jù)實(shí)測(cè)的彎沉值，結(jié)合路面結(jié)構(gòu)，將段 1～段 4 數(shù)據(jù)合并，段 5～段 7 數(shù)據(jù)合并，得出兩組數(shù)據(jù)分別繪制 FWD～BB 關(guān)系，如圖 11、圖 12 所示。

圖11 段 1～段 4 實(shí)測(cè)彎沉 FWD 和 BB 關(guān)系曲線

圖12 段 5 ～段 7 實(shí)測(cè)彎沉 FWD 和 BB 關(guān)系曲線

對(duì)實(shí)測(cè)的 FWD 與對(duì)應(yīng)點(diǎn)的 BB 進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明。

1）兩組 FWD 與 BB 的相關(guān)性較好，線性相關(guān)系數(shù)均＞95 %。

2）第一組 FWD 與 BB 回歸方程為：LBB=3.95+1.22LFWD，平均誤差為 13 %。

第二組 FWD 與 BB 回歸方程為：LBB=1.97+1.28LFWD，平均誤差為 11 %。

4 結(jié)論

1）不同于貝克曼彎沉儀，F(xiàn)WD 能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高精度、多級(jí)加載檢測(cè)。

2）當(dāng)路面結(jié)構(gòu)狀況較好時(shí)，F(xiàn)WD 與 BB 比較接近。當(dāng)路面結(jié)構(gòu)狀況較差時(shí)，F(xiàn)WD 與 BB 偏差較大?？傮w來說，F(xiàn)WD 與 BB 之間存在良好的線性關(guān)系。

3）剛果（布）彎沉檢測(cè)還是以貝克曼梁為主。作為剛果（布）首次 FWD 與 BB 對(duì)比試驗(yàn)，此次試驗(yàn)建立的特定路面結(jié)構(gòu) FWD 與 BB 的回歸方程，不但填補(bǔ)了剛果（布）在此方面的空白，而且將為本地區(qū)同類工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考，同時(shí)也將促進(jìn) FWD 在剛果（布）的推廣使用。Q